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寻找共同点:壁虎脚与热泉

你肯定遇到过这样的情况:你把一个黏糊糊、有弹性的东西扔到墙上,它就会慢慢地滑到地上。人们普遍误认为壁虎的脚趾也有类似的粘性。

但是,如果壁虎的脚趾也是靠这种粘附力来运作,那么壁虎就很难行走,甚至无法奔跑;捕食者会非常享受这种缺乏进化的感觉。如果我们仔细观察壁虎的脚,脚趾实际上会感觉柔软光滑。只有在微纤维(称为刚毛)参与时,脚趾才会平行于表面滑动,从而 "粘 "在表面上。

Indium Corporation 的Heat-Spring®源自大自然:铟的延展性将表面电阻降至最低并增加了热流。热弹簧图案中的峰值就像壁虎脚趾上的刚毛一样,使热弹簧能够附着在表面上--这种附着力不是弹性弹簧,而是使材料在循环过程中保持接触。

刚毛由蛋白质 beta 角蛋白构成。在纳米层面上,刚毛的分子间作用力可产生 1 到 1000 纳牛顿的粘附力;这种粘附力很强,壁虎可以每秒约三英尺的速度垂直奔跑,但与 Heat-Spring 35 psi 到 100 多 psi 的压力范围相比,就显得微不足道了。

Indium Corporation scientists were far ahead of the evolutionary curve: when Heat-Spring was designed by Bob Jarrett and Jordan Ross years ago, it was to satisfy a customer-driven need to develop a high-performance thermal interface material (TIM). Conventional polymer TIMs at the time had inherent issues due to the low conductivity of the polymers. In 不到一年因此,"热泉 "诞生了。相反,研究人员发现,壁虎脚趾的粘性 历时数百万年 发展、 被困在白垩纪琥珀中的壁虎证明了这一点.

铟热弹簧在早期设计阶段经历了多次反复,或许我们应该称之为 "进化",因为我们的发明者试图了解如何通过改变铟的表面形态来降低接触电阻。请记住,增加图案也会减少接触面积。这似乎与热传导原理背道而驰。然而,由于热阻由三个基本原理组成--体积传导性、接触电阻和结合线厚度--等式中的一部分对总电阻的影响可能大于另一部分。由于铟是软质材料,具有很高的导电性,因此发明者可以使用不同的表面。

这种铟薄膜如何解决传统聚合物 TIM 的缺点(低导电性以及聚合物和导电填料之间的热不匹配)?Jarrett 认为:"铟......具有高导电性,与界面表面高度吻合。由于铟是金属,它通过电子来传导热量(和电能),因此热失配不是问题。聚合物、半导体和聚合物 TIM 的陶瓷填料依靠晶格振动来传导热量。如果振动频率不匹配,热传递就会在 TIM 的每个界面中断。使用导电金属(如铟)则可完全避免这一问题。

在当今世界,互联网与我们最常用的东西越来越紧密地联系在一起:智能电视、手表、冰箱、恒温器等。这些设备与大型数据中心相连,消耗大量能源。为了更快、更节能、更可持续地运行,浸入式冷却是这些计算设备热管理的关键技术。元件 "浸泡 "在导热但绝缘的液体或冷却剂中,通过冷却剂的循环来散热。热弹簧因其可压缩性和高外形设计而非常适合这种应用。

In another nod back to nature, Heat-Spring is made of pure indium, a sustainable element for which Indium Corporation provides a reclaim and recycle program. Depending on the application, however, Heat-Spring is also available in a variety of alloys, including InSn, InAg, and Sn+.

With sincere appreciation to the genetic evolution that has produced clingy-footed geckos, Indium Corporation researchers often look to the natural world for inspiration and creativity in the development of the next generation of materials science.

由 MarCom 专家 Christian Vischi 撰写。